[发明专利]在用于LED制造的晶圆到晶圆键合之前减少材料的弯曲

说明书

本文公开了与用于制造发光二极管(LED)的晶圆到晶圆键合相关的技术。在一些实施例中，一种方法包括通过在层状结构内产生断裂、裂缝或至少一个键合弱化的区域来减少层状结构的弯曲，该层状结构包括半导体材料和在其上形成半导体材料的衬底。该方法还包括将基底晶圆键合到半导体材料，从半导体材料移除衬底，以及穿过半导体材料形成多个沟槽以产生多个LED。

背景

发光二极管(LED)可以形成一维阵列或二维阵列，用于显示技术。可以使用各种制造方法，例如晶圆到晶圆键合(wafer-to-wafer bonding)或拾取和放置(pick-and-place)技术。在晶圆到晶圆键合中，具有外延层的LED晶圆可以倒装键合到具有驱动电路的半导体晶圆上。在两个晶圆被键合之后，单个LED被切单(singulate)。晶圆到晶圆键合允许制造比拾取和放置技术更小的LED，因为不需要拾取、放置和键合单个LED。例如，可以通过晶圆到晶圆键合来制造芯片直径低至1μm的LED。为了在两个晶圆之间实现良好的键合，每个键合表面平坦是有利的。然而，在材料(诸如蓝宝石和GaN)的晶体结构中的失配可能会导致材料的应变和弯曲(bowing)。

概述

本公开总体上涉及用于制造LED的晶圆到晶圆键合。在一些实施例中，一种方法包括通过在层状结构内产生断裂(breakage)、裂缝(fracture)或至少一个键合弱化(weakened bonding)的区域来减少层状结构的弯曲，该层状结构包括半导体材料和在其上形成半导体材料的衬底。该方法还包括将基底晶圆(base wafer)键合到半导体材料，从半导体材料移除衬底，以及穿过半导体材料形成多个沟槽(trench)以产生多个LED。

半导体材料可以依次包括n型层、量子阱层和p型层。半导体材料可以包括GaN，并且衬底可以包括蓝宝石。

可以通过加热衬底来从半导体材料移除衬底。替代地或附加地，可以通过向衬底施加水平力来从半导体材料移除衬底。替代地或附加地，通过将激光束聚焦在半导体材料和衬底之间的交界面(interface)处不与基底晶圆的像素区域竖直对准的位置，来从半导体材料移除衬底。

该方法还可以包括在层状结构的弯曲减少之后，在半导体材料上沉积接触层。此外，该方法还可以包括在层状结构的弯曲减少之后，在接触层上沉积键合层(bondinglayer)。

可以通过在衬底内产生多个竖直裂缝来减少层状结构的弯曲。可以通过将激光束聚焦在沿着衬底的竖直截面(vertical section)的多个位置来产生每个竖直裂缝。

替代地或附加地，可以通过沿着半导体材料和衬底之间的交界面在物理上分离的位置处产生多个断裂来减少层状结构的弯曲。可以通过将激光束聚焦在物理上分离的位置中的相应一个位置处来产生每个断裂。对于每个断裂，可以将激光束聚焦在物理上分离的位置中的相应一个位置处，直到物理上分离的位置中的相应一个位置处的半导体材料的部分的颜色变为黑色。

替代地或附加地，可以通过在半导体材料和衬底之间产生键合弱化的区域来减少层状结构的弯曲。可以通过沿着半导体材料和衬底之间的交界面的一部分连续扫描激光束的焦点来产生键合弱化的区域。可以扫描激光束的焦点，使得沿着交界面的一部分的半导体材料的部分的颜色变为灰色。

在另一个方面，一种方法包括通过蚀刻半导体材料以形成相邻段(segment)且在相邻段之间具有间隙，来减少半导体材料和在其上形成半导体材料的衬底的弯曲。该方法还包括将基底晶圆键合到半导体材料，从半导体材料移除衬底，以及在每个相邻段内穿过半导体材料形成多个沟槽，以产生多个发光二极管(LED)。每个LED可以具有线性尺寸小于50μm的有源发光区域，并且每个段可以具有至少10mm的线性尺寸。

半导体材料可以依次包括n型层、量子阱层和p型层。半导体材料可以包括GaN，并且衬底可以包括蓝宝石。